悬浮式张拉技术在大跨度现浇梁施工中的应用

刘俊峰

1 工程概况

某大桥为高架旱桥，桥梁最大桥高26 m。上部结构采用12 m×25 m现浇钢筋预应力混凝土连续箱梁，全桥设3联。下部结构采用桩柱式墩、重力式台，灌注桩基础及扩大基础。

该大桥现浇连续箱梁采用钢管桩与贝雷片配合使用做支架，预压合格后立模进行现浇混凝土施工，在梁体混凝土强度达到设计强度的90%后且混凝土龄期5 d后，进行箱梁预应力张拉。纵向预应力钢束采用低松弛高强度钢绞线，其抗拉强度标准值fpk=1860 MPa，弹性模量 Ep=1.95×105MPa，锚下张拉控制应力为σcon=0.72fpk，松弛率 ρ=0.045，松弛系数 ξ=0.3，公称直径 d=15.2 mm，公称面积A=140 mm2。本桥现浇箱梁采用M15系列锚具，配套千斤顶采用YCW400B。预应力管道采用镀锌金属波纹管，摩擦系数μ=0.25，偏差系数κ=0.0015。张拉方案采用四跨一联整体两端张拉，纵向钢绞线总长度约100 m。

由于锚具的锚固对象是环氧树脂喷涂钢绞线，为保证张拉过程中环氧涂层的完好无损，因此选择如何让其进行张拉是相当重要的。考虑到钢绞线纵向长度100 m，伸长量较大，一般千斤顶的最大行程只有20 cm，实际操作时的最大行程一般控制不超过18 cm。如此长度的钢绞线张拉，每端伸长值均超过30 cm，若采用普通张拉法，要达到张拉目的，需多次倒顶。为防止反复张拉过程中夹片受损失效，本桥张拉决定采用悬浮式张拉方案。

2 悬浮张拉的基本原理

悬浮式张拉装置包括工作锚具、限位板、压紧器、千斤顶、支撑架、前工具锚和后工具锚等几部分(见图1)。限位板设于千斤顶与工作锚具的锚板之间，压紧器设于限位板与千斤顶之间，而前后工具锚分别位于支撑架的前后。每次张拉过程中后工具锚夹片处于放松状态，前工具锚夹片处于夹紧状态;在完成一个行程回油时后工具锚夹片处于夹紧状态，前工具锚夹片处于放松状态。如此反复，多次倒顶，直到张拉到设计张拉应力值。由于限位板的作用，在张拉过程中工作夹片不至于退出锚孔，在回油倒顶时，工作夹片不会咬住钢绞线，工作夹片始终处于“悬浮”状态，从而既保护了钢绞线，又保护了工作夹片。在张拉到位后，旋紧压紧器螺母，压紧工作夹片，随后千斤顶回油放张，使工作夹片一次性锚固钢绞线，达到张拉目的。

3 悬浮张拉施工要点

3.1 张拉前准备工作

在现浇箱梁梁体混凝土强度达到设计强度的90%后且混凝土龄期5 d后进行箱梁预应力张拉，并作好以下工作:1)张拉千斤顶与压力表必须校验好，而且千斤顶校验时一定要配套;2)压同条件混凝土试验块，混凝土强度不应低于设计强度的90%;3)钢绞线的下料长度通过计算确定，先对图纸中的所给下料长度进行复核，确认无误后，再按照设计图尺寸加弧线长度计算，此处特别注意两端必须留有足够的工作长度，因悬浮式张拉方式较普通张拉方式增加支撑架和后工具锚长度;4)集束绑扎时，每束钢绞线必须顺直，不得打结扭曲，从中间向两端每隔1 m用扎丝绑紧，并给钢丝束编号，其中每根用相同颜色油漆两头做标记，防止错位，以免各股钢绞线受力不均匀，造成张拉应力不够或超张拉，摩阻力增大，易发生滑丝断丝现象;5)穿束前检查管道是否通畅，钢绞线端头做成锥形包裹，利用卷扬机牵引预先在管道内穿入的引索，将钢绞线穿入;6)清除锚垫板上的水泥浆，安装工作锚具，使之与锚垫板紧贴，装好并利用套筒打紧工作夹片。当混凝土具备张拉条件即可进行张拉。安装各部件的顺序:压紧器→限位板→千斤顶→前工具锚→支撑架→后工具锚。

3.2 安装时注意事项

1)安装工作锚具时应当让其完全进入锚垫板上的凹槽，以免张拉时工作锚具产生移动。2)安装压紧器时应当注意不要让螺杆螺得太紧，以免张拉时工作夹片不能自由滑出工作锚具上的孔道，而导致工作夹片和张拉出的钢绞线产生摩擦，使两者都受损。但又不能让螺杆完全松掉，否则，工作夹片容易完全滑出工作锚具上的孔道，而导致张拉完成后不能完全压紧工作夹片，夹片不能夹紧钢绞线将导致滑丝。3)千斤顶在安装时一定要安装正确，有行程的一端应朝外，无行程的一端应当顶住限位板，安装前工具锚时最好让油缸有2 cm～3 cm的行程，考虑到千斤顶较重一定要保证其前后与钢绞线在同一条轴线上。4)前、后工具夹片安装时在其表面一定要涂上退锚灵，以便回油时工具夹片能顺利退出，同时要检查工具夹片是否裂横或丝扣受损现象，如有应当及时更换;否则在张拉过程中容易发生事故。5)支撑架作为多次倒顶的传力构件，其前端应当用螺杆与千斤顶上的螺杆孔连接使其与千斤顶在同一条轴线上，后端有一凹槽，后工具锚安装时应当完全入槽，以使支撑架受力均匀。6)由于在普通张拉方法的基础上增加了支撑架和后工具锚，张拉设备的组合长度较大，钢绞线下料长度应经过计算，保证足够的工作长度，另外各设备之间保证同一轴线也相当重要。否则，容易导致各设备偏心受压而产生不良后果。

3.3 张拉过程

以稻子河坝大桥左幅第三联为例，采用四台YCW-400B千斤顶两端两侧对称张拉。左幅第三联单箱三室剖面见图2。锚下张拉控制应力 σcon=0.72fpk=0.72 ×1860=1339.2 MPa，16 束钢绞线的锚下张拉力P=n×A×σcon=16×140×1339.2=2999.8 kN。张拉顺序为先张拉中间两道腹板N2→N1→N3，然后张拉两侧两道腹板N2→N1→N3，以保证梁体截面的受力对称，防止侧弯。要求张拉时以油压上升一致为原则，用对讲机及时报数控制，每张拉一个行程要停下来，校核总伸长值。此伸长值应在张拉之前仔细复核，将两端的工作长度的影响考虑在内。由于张拉控制力相当大，所以张拉时要求每一级之间的间隔尽量小些，并逐级加载，这样容易控制和在张拉过程中及时发现问题，同时，对桥的均匀受力也相当有利。考虑到梁体通长钢绞线管道长，定位偏差及锚口摩阻等综合因素的影响，施工中对钢绞线进行超张拉3%。张拉控制程序为 0→10% δcon→20% δcon→40% δcon→50% δcon→60%δcon→80%δcon→100% δcon→103% δcon(持荷 2 min)。由于千斤顶张拉行程有限，中途达到50%δcon时，需倒顶一次。张拉完毕，量测并计算现场实际伸长值，与理论设计伸长值进行比较，误差在6%范围内即可回油锚固。超过容许误差，及时查找分析原因。

图2 左幅第三联单箱三室剖面图

3.4 张拉时注意事项

1)现场由专人统一指挥，禁止非工作人员进入施工现场，现场技术人员必须掌握好各级张拉力、控制张拉力及相应的油压表读数，以及相对应的钢绞线伸长量。操作手必须清楚钢束的张拉顺序，严格按事先定好的顺序进行操作;2)张拉时采用张拉应力和钢束伸长量“双控”，以应力控制为主，钢束的伸长量为校核，实际伸长量与理论伸长值之差控制在6%以内，超出范围应停止张拉，待查明原因并调整后方可继续张拉;3)两端同时张拉至控制应力后，持荷2 min，使预应力钢绞线在锚固前便完成部分徐变，以减少钢束锚固后的应力损失;4)每一阶段张拉应控制整个桥的变形观测，如发现问题应马上停止张拉，并及时采取措施。

4 结语

本桥现浇梁张拉施工中运用了悬浮式张拉技术，通过实际测量的数据与理论值相当接近，获得了良好的效果。该方法在张拉作业过程中，不易损坏钢绞线和工作夹片，并能有效的压紧钢绞线，保证了钢绞线的安全使用。这种新型实用的悬浮式张拉方式成功的运用于大跨度现浇梁超长钢绞线的张拉，对于钢绞线的安全张拉具有十分积极的现实意义。

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